Del hogar de Don Quijote a las futuras misiones espaciales de Observación de la Tierra

Exactamente cuatrocientos años después de que Don Quijote llevara a cabo en La Mancha sus caballerescas andanzas los investigadores han participado en un tipo diferente de aventuras: la detección directa, ‘in situ’, de la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas convierten la luz solar en energía.

Cuando la clorofila en las plantas absorbe energía, parte de ella es re-emitida en longitudes de onda más largas, como fluorescencia. Esta fluorescencia se mide de forma rutinaria en los laboratorios para estudiar la actividad fotosintética, pero la señal es demasiado débil comparada con la de la luz solar. Esta es la primera vez que se hacer mediciones a gran escala con éxito en el exterior.

La fluorescencia de la vegetación es una medida directa de la capacidad de la vegetación para absorber dióxido de carbono atmosférico. Si este parámetro pudiera medirse a escala global con un sensor, desde el espacio, transformaría nuestra comprensión del ciclo de carbono y del cambio climático.

Los investigadores han recopilado también datos espectrales de la vegetación local desde dos sensores aéreos. Estos datos han sido complementados con tomas de los satélites Landsat, MODIS y ASTER, así como con dos de los instrumentos a bordo de Envisat: el espectrómetro MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) y el radiómetro AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer). El espectrómetro CHRIS (Compact High Resolution Imaging Spectrometer) del microsatélite Proba, de la ESA, también realizó varias tomas. Se realizaron además medidas completas de campo ‘in situ’.

Estos datos contribuirán a definir los requisitos de la futura misión de la ESA ‘Sentinel 2’, que llevará un instrumento capaz de detectar los pigmentos de las plantas y derivar de ahí indicadores fotoquímicos del estado de la vegetación.

Sentinel-2 forma parte de una serie de satélites de Observación de la Tierra que, según se prevé, integrarán el segmento espacial de GMES (Global Monitoring for Environment and Security), un programa conjunto de la ESA y la Comisión Europea. Con los datos recogidos será posible evaluar todas las posibles configuraciones de la misión Sentinel-2. El doble objetivo de la campaña se refleja en su nombre: SEN2FLEX o Experimento de Fluorescencia SENtinel-2.

Durante esta campaña se midió también los flujos de energía y de agua de la vegetación. También se caracterizó de forma detallada la humedad del suelo y el movimiento del agua en el suelo.

Este tipo de datos son útiles para modelizar correctamente el balance hídrico en todo lo relacionado con cuestiones de gestión del agua. En particular, servirán para validar los resultados de un proyecto financiado por la Unión Europea llamado DEMETER (DEMonstration of Earth observation Techologies in Routine advisory irrigation services), que investiga si los datos de satélites son útiles para gestionar el riego en las regiones con falta de agua.

Como explica Jose Moreno, de la Universidad de Valencia y coordinador de la campaña SEN2FLEX: "Hemos recopilado una inmensa cantidad de datos, desde los procedentes de satélites hoy en operación hasta los de los más recientes sensores aéreos. Además tenemos una notable colección de datos del suelo, de la vegetación y atmosféricos, y todas las mediciones necesarias para la validación.

Llevará unos años analizar completamente todos los datos, pero aprenderemos muchas cosas útiles para la definición de varias misiones futuras de la ESA”.

La campaña ha tenido lugar en el campo experimental de Barrax, en La Mancha, una de las franjas de tierra mejor documentadas del planeta. En los últimos 15 años Barrax ha sido escogido para numerosas campañas y experimentos, en tanto que campo de validación para numerosas misiones de la ESA y projectos de la Unión Europea y nacionales.

Los nuevos datos recopilados entre el 11 y el 15 de julio complementan las mediciones iniciales, tomadas en Barrax entre el 30 de mayo y el 4 de junio. Esto demuestra la capacidad de los sensores para detectar variabilidad entre especies vegetales y estados de desarrollo, pero también para vigilar cambios en los mismos campos a medida que las cosechas crecen (en este caso, desde las últimas medidas en junio).

CASI-3 (Compact Airborne Spectral Imager-3) que trabaja en el infrarrojo visible y cercano y que ha sido construido por la compañía canadiense ITRES. Otros nuevo sensor llamado AHS (Airborne Hyperspectral Scanner), que voló en un avión del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) español, proporcionó medidas complementarias en el infrarrojo de onda corta y térmico. Esta aeronave siguió la misma ruta de vuelo que los otros aviones con los demás sensores.

Un equipo de 16 científicos dirigidos por el profesor Jose Sobrino, de la Universidad de Valencia, realizó medidas termales del área, para determinar la necesidad de este tipo de datos en futuras misiones.

Mientras tanto, el Profesor Bob Su, del Instituto Internacional para las Ciencias de Observación de la Tierra (ITC), en Países Bajos, y el profesor Guido d'Urso, de la Universidad de Nápoles, en Italia, se ocuparon de que equipos de varios países realizaran medidas relacionadas con el agua empleando sensores en torres de flujo y colocados en el suelo.

El profesor Alfonso Calera, de la Universidad de Castilla-La Mancha, supervisó el trabajo relacionado con DEMETER, en tanto que cordinador del proyecto. Esta investigación se considera un modo de definir los requisitos operacionales de las acciones futuras de GMES, en el contexto del la Directiva Marco del Agua de la UE.

La campaña fue posible gracias al apoyo del Instituto para Tecnologías Agronómicas de la provincia de Albacete (ITAP), que trabaja en el campo de Barrax. El Instituto para el Desarrollo Regional (IDR) proporcionó apoyo local y logística, mientras que la Universida de Castilla-La Mancha hizo posible el acceso a laboratorios y ayudó en medidas de campo.

“Ha sido bonito ver que hemos combinado en una única actividad técnicas bastante innovadoras, como el medir fotosíntesis real a partir de medidas de fluorescencia de la vegetación, con aspectos operacionales más básicos relacionados con aplicaciones, como la gestión del agua”, concluyó el profesor Moreno.

“Colecciones de datos tan completas como la recogida en la campaña SEN2FLEX son esenciales para desarrollar nueva ciencia sin perder de vista las aplicaciones potenciales, particularmente en el contexto de la definición y explotación de las misiones futuras de la ESA”.